南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果*

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。     

南沙地块OBS2019-2测线数据处理与震相识别*

为揭示南海南部陆缘的地壳结构, 研究其张裂-破裂机制, 开展共轭陆缘对比, 我们在南沙地块礼乐西海槽附近的洋陆转换带上完成了OBS2019-2测线的探测工作。相较于北部陆缘, 南部陆缘已有的海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)测线较少, 对深部地壳结构的研究也较少, 因此OBS2019-2测线就尤为重要。文章重点阐述了OBS2019-2测线的数据处理工作, 包括UKOOA文件制作、数据格式转换、位置校正、单个台站综合地震记录剖面的生成等, 然后在剖面图中对各类深部震相(Pg、PcP、PmP、Pn)进行识别追踪, 并建立初步的模型; 使用Rayinvr软件进行走时试算工作, 验证了震相识别的准确性。处理结果显示OBS2019-2测线的深部震相清晰, 最远震相可以连续追踪到120km以外, 数据整体质量良好, 能为后续速度建模和构造解释等工作提供坚实基础。     

南黄海OBS 2013海陆联合深地震探测初步成果

为了研究渤海—山东半岛—南黄海一线的深部构造特征,利用海区气枪震源和陆区爆破震源探测,于2013年在胶东、渤海和南黄海布设了一条海陆联合深部地震探测剖面。海陆联测剖面包括渤海和南黄海两条海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)测线和一条陆上地震测线,是首次在南黄海地区布设的OBS深地震测线。文章对南黄海段测线上的海底地震仪数据进行了数据预处理,其中包括地震数据解编处理、截裁处理等,结果表明,此次实验海底地震仪记录质量良好,可以清晰地识别出Ps、Pg、Pm P等多组震相,还首次观察到了来自千里岩隆起带上的P波震相,说明数据处理流程是可行的;再结合地质地球物理资料,初步分析了南黄海不同构造单元的震相特征,为下一步地壳速度结构的模拟及解释工作奠定了良好的基础。     

基于OBS和MCS数据的水合物地层速度特征

天然气水合物是一种新型的清洁能源, 南海北部神狐海域的地质条件有利于水合物的形成和储藏。传统的多道地震(MCS)数据难以得到精确的速度信息, 并且只能从时间域上判断地质体纵向分布。海底地震仪(OBS)是一种常用的主动源地震仪器, 可以接收到更清晰的气枪信号。相比于MCS, OBS剖面上的折射震相可以揭示较深部的地层速度信息。文章结合MCS和OBS的优势, 识别水平叠加剖面上的反射层位, 并得到初始模型; 将OBS剖面和水平叠加剖面拼合, 从而判断OBS剖面上反射震相所对应层位; 拾取OBS台站上的反射和折射震相, 使用RayInvr软件正演模拟得到水合物存在区域的二维速度模型, 解决了MCS中较为困难的时深转换问题。最终模型显示了水合物、游离气区域的埋深、厚度和速度, 以及似海底反射(BSR)下方更深部界面的深度和速度特征。     

马尼拉海沟俯冲带前缘(21°N)海底地震仪数据处理初步成果

在马尼拉海沟俯冲带前缘开展了二维海底地震仪(OBS)探测实验,布置了一条东西走向的深地震测线——OBS2015-2。以该测线上的2个台站(OBS04和OBS08)为例,阐述了此次实验所用短周期国产OBS的数据处理流程。包括从原始数据到SAC格式、再到SEGY格式的转换;同时包括炮点位置校正和OBS位置校正。数据处理结果表明,OBS2015-2测线的数据质量良好,综合地震剖面显示来自深部的震相(如Ps P、Pg、Pm P等)信息十分清晰。利用Rayinvr软件正演试算,进一步确认了震相类型,特别是来自于输入板块莫霍面的反射震相非常丰富,为马尼拉俯冲带的输入板块地壳底界面的确定提供了重要的数据基础。     

南沙地块海底地震仪转换横波震相识别最新进展

通过挖掘海底地震仪记录的转换横波信息,可以促进对地壳岩性、均质性的认识。以南海南沙地块OBS973-1剖面上18个台站的数据为实例,阐明了海底地震仪横波震相识别的方法。首先对三分量OBS(Ocean Bottom Seismometer)地震数据进行带通滤波、维纳滤波、极化滤波等去噪处理,然后利用能量扫描法求得极化角进行水平分量坐标旋转,求取最佳径向分量。数据处理结果表明,相对于OBS记录的磁罗盘方位角,能量扫描法求取的极化角更为准确可靠。最后通过OBS973-1地震剖面垂直分量与径向分量上的纵横波走时对比、质点运动轨迹、速度模型试算等手段,进一步确定了转换横波震相的类别。在南沙地块OBS探测中成功地在10个台站中识别出了PgSs、PnSc、Pms等震相,不仅可以为下一步横波速度结构模拟提供坚实的数据基础,而且可以为今后OBS转换横波在其他地区的有效应用与推广提供借鉴。     

OBS记录的时间和定位误差校正

根据地震波传播的时距关系,利用海底地震仪子母钟对时记录、测深数据和近炮点数据,使用数据处理软件OBSTOOL,对南海北部采集的海底地震记录进行高精度时钟校正处理。通过反演确定放炮延迟和海底地震仪的漂移参数,为准确反演速度奠定了基础。分析结果显示,南海北部OBS数据放炮延迟为1.278s,最大时钟校正量为2.394 s,OBS偏离测线最大距离为652m,这些将会导致浅层正、反演结果不准确,影响BSR的正确识别。     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

台湾海峡OBS地震记录中二次Ps震相的特征及应用

在海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)广角地震记录剖面上, 经常可以见到震相清晰且连续的多次波信号, 多次波和初至波是由相同的震源信号产生的, 也是地壳真实结构的反映。但是在通常的OBS数据处理过程中, 经常将多次波作为无效信号剔除掉, 对其属性及应用的研究比较少。文章通过对台湾海峡南部OBS探测测线HXN01数据的处理, 对多个台站记录到的二次震相进行了识别与拾取, 并以OBS0106台站为例, 对识别出的二次Ps震相进行了系统的研究分析, 发现二次Ps震相的波形特征和质点运动轨迹与初至震相相似, 但波形最大振幅值明显大于初至震相。通过Rayinvr射线追踪方法模拟, 确定了二次Ps震相的主要反射层, 并发现加入二次震相后, 台站下方浅部沉积层射线覆盖密度有显著提升, 射线覆盖的区域也明显增加, 为沉积层精细结构的反演提供了更为丰富的数据基础。另外, 对理论模型的地壳结构进行加入二次Ps震相前后的反演测试, 结果显示加入二次Ps震相数据后, 沉积层的界面深度误差得到明显的改善。     

珠江口外潜在强震区海陆地震联测的初步结果

海陆地震联测是研究海陆过渡带深部地壳结构的有效的地球物理方法。为了研究珠江口外潜在强震区的深部发震构造,对比分析了2004年和2010年珠江口外海陆地震联测的数据特征,重点对2010年海陆地震联测实验的OBS2010-1测线进行分析。通过对该测线采集数据的初步分析可知,此次实验数据质量较高且完善性好,多道地震探测获得了清晰的浅部结构,固定地震台、流动地震台和海底地震仪记录的震相信息丰富,固定台接收气枪信号的最远接收距离约为360km,为研究该潜在强震区的深部发震构造打下了良好的基础。     

南海西南次海盆广角地震探测

2010年12月—2011年3月在南海西南次海盆开展了海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)探测,采用Sedis IV型、I-4C型和MicrOBS3种不同型号的OBS,以4×24.5L的大容量气枪为震源,获得了覆盖西南次海盆残留扩张脊的3D人工地震数据。从处理的地震数据可知,此次试验是一次比较成功的地震实验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力。选取剖面1中的7台OBS进行了2D剖面处理。初步建模结果表明,南海西南次海盆地壳结构为普通洋壳,海山顶部沉积层很薄,莫霍面埋深较浅。     

国产OBS的时间矫正方法——以2019年台湾海峡地壳结构海陆探测实验为例

时间服务系统对利用走时层析成像方法进行地下介质速度结构反演至关重要。海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)工作期间由于没有GPS时间接入, 其时间误差(包括守时误差和授时误差)主要来源于内部石英晶振的准确程度, 受到外部环境变化以及开关机等因素影响。长期实践发现, 部分国产OBS在记录气枪信号以及天然地震信号时存在较大的时间偏差。本文对2019年福建及台湾海峡地壳结构海陆探测实验所获得的53台次国产OBS记录进行了时间服务系统矫正。其中, 针对OBS授时误差, 利用出海前不中断采集的一致性试验和运输船运输过程中产生的晃动互相关进行时间矫正; 针对守时误差, 采用计算实际采样频率与理论采样频率偏差进行矫正; 通过对比矫正前后OBS记录到的天然地震信号, 进行秒级别的检测。结果表明, 经过以上步骤矫正的OBS数据, 其时间记录的准确性得到了显著提高, 从而降低了震相识别、走时拾取的时间误差, 为标准化国产OBS数据采集作业流程提供了重要参考。     

南海南部海底地震仪试验及初步结果

采用德国SedisIV型海底地震仪(OBS)和中国科学院地质与地球物理研究所自主研发的OBS,以4×24.5L的大容量气枪阵列为震源,于2009年4～6月在南海南部开展了OBS试验,获得了两条勘测线,其中OBS2009-1测线(剖面1)从南海西南次海盆南部陆缘延伸到海盆中央,另一条OBS2009-2测线(剖面2)穿过礼乐滩东部向西北延伸进入海盆。由剖面2的14台OBS采集的广角地震反射、折射勘测地震数据可知,此次试验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力,是一次比较成功的地震勘测。数据初步处理和初至波层析成像结果表明,礼乐滩地块的基底较高,很有可能与南海北部陆缘存在共轭关系,但与南海北部陆缘不同的是,北部陆缘有较厚的沉积层覆盖,而礼乐滩块体上的沉积层很薄;东部次海盆地壳明显被拉薄,海盆内的地壳也很薄,莫霍面埋深较浅。     

东沙群岛西南海区海底地震测线OBS2015-1揭示的深部地壳结构

为深入理解南海北部多道地震测线D80显示的深反射信息,沿此测线布置OBS(15台)地震测线(OBS2015-1),测线长300km,方向NNW—SSE,从水深800m陆坡延伸至3760m深海平原。文章利用Obstool软件进行预处理(位置校正和时间校正等)、震相识别,利用FAST tomography软件进行速度层析成像。速度结果表明,新生代沉积层速度1.6~3.5km·s-1,厚度约2km;中生界速度3.5~5.5km·s-1,平均厚度约3km。在洋陆过渡带处,沉积基底受新生代岩浆活动影响,有较大起伏。在上陆坡处,上地壳存在向上凸起约5km的高速异常,在多道地震剖面中表现为杂乱反射的背斜构造,上覆晚新生代地层也同步形变,推测可能是新生代晚期岩浆侵入造成。地壳厚度由陆坡的23~20km减薄至洋盆的8km。地壳下部存在7.0~7.6km·s-1的高速层,高速层由陆坡的5km左右逐渐递减至海盆的2km左右,因上陆坡和洋陆过渡带晚新生代岩浆活动活跃,作者认为地壳下部高速层是由海底扩张停止后岩浆侵入形成。     

海底地震仪广角地震试验

介绍了海底地震仪(OBS)的基本原理、结构和海上调查方法,针对解决东海冲绳海槽地壳结构及性质等目的,利用大容量气枪枪阵震源和海底地震仪在东海冲绳海槽首次开展人工地震深部地球物理探测试验。本次试验布设一条NNW—SSE向垂直构造走向的勘测线,共投放海底地震仪40台,回收成功36台。获得了有效的深部地震数据,可识别到Pg、PmP、Pn等多种震相。此次试验是我国在冲绳海槽深部探测中的成功示范,有效填补了该地区深部地震数据的空白,为解决冲绳海槽深部地质问题奠定了坚实的基础。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景,福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部,配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明:震源激发参数和仪器接收点位选择合理,大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、Pm P、Pn、Sg、Sm S等震相;通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法,获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳,而海底地震仪数据信噪比较低,可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题,将共接收点域拾取的走时分选到炮域,避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

广角地震速度结构反演中的不确定性分析

海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)广角地震探测是研究海洋深部精细壳幔结构的重要地球物理手段,其主要原理是利用广角折射/反射震相信息来反演地壳深部结构,从而为深入认识海底构造特征提供最为基础的地震学信息。文章基于地震层析成像结构反演的基本原理,针对OBS广角地震速度结构反演中可能存在的一些不确定性因素,用Tomo2D软件构建了不同的理论模型和数据体,对初始模型中沉积层的变化是如何影响整个地壳速度结构的反演结果、不同台站间距所构建的数据体对下地壳高速层分辨精度的控制影响以及不同数据体在分辨深部异常体的有效性等方面进行了分析研究,以此深入了解OBS广角地震速度结构反演中的不确定性因素。研究结果显示,地壳深部较厚(大于4km)的高速层能够被很好地反演出来,而较薄(小于2km)的高速层虽能够识别,但其形态规模恢复得较差;初始模型中沉积层速度结构的失真度影响着高速层的识别,沉积层失真度越大,对高速层的恢复越差;地壳内部存在低速层对反演高速层的规模有较为明显的影响,但低速层的厚度变化对其影响不大;对于文中10km台站间距的模型,能够识别的速度异常体规模在水平方向上最小约为5km,在纵向上最小约为3km,而20km和30km台站间距的模型最小能够识别的速度异常体规模为水平向10km、纵向3km。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策*

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景, 福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部, 配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明: 震源激发参数和仪器接收点位选择合理, 大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、PmP、Pn、Sg、SmS等震相; 通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法, 获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳, 而海底地震仪数据信噪比较低, 可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题, 将共接收点域拾取的走时分选到炮域, 避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

南海中北部OBS2006-3地震剖面中横波的识别与应用

纵横波联合探测可以获得丰富的地下结构信息.纵横波速比和岩石泊松比在预测岩石圈的岩性、物性等介质属性方面有重要的作用.通过对比南海中北部OBS2006-3地震剖面垂直分量和径向分量上的纵横波走时、视速度以及质点运动轨迹,识别出了转换横波震相.本文以OBS8和OBS10台站的数据为例,说明了横波识别的方法,并在拟合好的P波速度模型基础上,利用RayInvr软件对转换横波震相进行了射线追踪,确认了PwSs3、PgSs3、PmS等几组转换震相,计算了这两个站位下的波速比和泊松比.根据OBS2006-3测线下地壳高速层的P波速度(Vp=7.20-7.25 km·S-1)、S波速度(Vs=4.20-4.23 km·s-1)、泊松比(0.24)等参数,初步推断下地壳高速层是由上地幔岩浆底侵作用形成.     

珠江口区域海陆联合三维地震构造探测的数据处理与震相识别

以海上气枪和陆地人工爆破作为震源,利用陆地流动地震台站、固定地震台站和海底地震仪(OBS)同步接收信号,首次在南海北部珠江口区域进行了海陆联合三维地震构造探测。文章详细介绍了此次海陆联测的地震数据采集和观测系统、数据预处理方法和震相识别。固定、流动地震台站和OBS大部分均能较清晰地识别出多种震相,包括Pg、Pc P、Pm P、Pn、Sg等深部震相。气枪和人工爆破震源的联合使用以及海陆密集台站的同步接收信号,有效地提高了海陆过渡带的射线覆盖和交叉程度,为获取研究区海陆过渡带的地壳精细结构奠定了基础。